Črevná mikrobiota
Črevná mikroflóra hrá zásadnú úlohu pri trávení potravy vďaka prítomnosti génov kódujúcich tráviace enzýmy, ktoré nie sú prítomné v ľudských bunkách, ale sú spojené s metabolizmom a fermentáciou niektorých potravinových zlúčenín, pričom predstavujú nutričné výhody pre človeka. Najrozšírenejšími metabolickými produktmi črevnej mikroflóry sú mastné kyseliny s krátkym reťazcom (SCFA), najmä acetát, propionát a butyrát, ktoré vznikajú anaeróbnou fermentáciou nestrávených sacharidov. V posledných rokoch sa pozornosť zameriava hlavne na dva bakteriálne kmene Firmicutes a Bacteroidetes. Všeobecne sa uznáva, že pomer Firmicutes/Bacteroidetes (F/B) má dôležitý vplyv na udržiavanie normálnej črevnej homeostázy. Zvýšený alebo znížený pomer F/B sa považuje za dysbiózu, pričom prvý sa zvyčajne pozoruje pri obezite a druhý pri zápalovom ochorení čriev (IBD). Kmeň Firmicutes zahŕňa grampozitívne baktérie s pevnými alebo polotuhými bunkovými stenami, ktoré sú prevažne z rodov Bacillus, Clostridium, Enterococcus , Lactobacillusa Ruminicoccus, zatiaľ čo kmeň Bacteroidetes zahŕňa približne 7000 rôznych druhov gramnegatívnych baktérií, ktoré sú prevažne z rodov Bacteroides , Alistipes , Parabacteroides a Prevotella. Pomer F/B môže byť ovplyvnený aj zvýšením iných kmeňov. Ukázalo sa, že najvariabilnejším kmeňom sú Proteobaktérie, ktoré prispievajú k dysbióze a to koreluje s poklesom Firmicutes a všeobecnej mikrobiálnej diverzite pri zápalovom ochorení čriev (IBD). Črevná mikroflóra hrá tiež úlohu pri metabolizme farmakologicky aktívnych zlúčenín, ako sú napríklad fytoestrogény. Okrem toho dysbióza črevnej mikroflóry môže viesť k niekoľkým patológiám vrátane cukrovky a obezity. Etiológia obezity je rôznorodá a na jej vzniku sa podieľa veľa faktorov. Črevná mikroflóra sa podieľa na výskyte obezity priamymi interakciami alebo nepriamymi interakciami so vzdialenými orgánmi prostredníctvom metabolických produktov (hlavne SCFA) vrátane komunikácie s pečeňou, tukovým tkanivom a mozgom. SCFA hrajú kľúčovú úlohu pri rozvoji obezity. Interagujú s tukovým tkanivom prostredníctvom dvoch receptorov spojených s G-proteínom exprimovaných v adipocytoch (Gpr41 a Gpr43). To podporuje tvorbu adipocytov a inhibuje lipolýzu. Okrem toho SCFA downregulujú syntézu hormónov potláčajúcich hlad ako leptín, peptid YY a glukagónu podobný peptid 1. Črevná mikroflóra môže tiež ovplyvniť chuť do jedla a sýtosť prostredníctvom aktivácie nervu vagus alebo imunitno-neuroendokrinných mechanizmov. Podporuje tiež metabolizmus žlčových kyselín a modifikuje homeostázu triglyceridov a glukózy v pečeni prostredníctvom farnesoidného X receptora. Modulácia črevnej mikroflóry rôznymi diétami a suplementácia probiotikami a vlákninou sa zdá byť sľubným prístupom v liečbe a prevencii obezity. Je zaujímavé, že určité druhy Bacteroidetes majú tiež rôzne gény pre enzýmy degradujúce sacharidy. Väčšina štúdií ale podporuje tvrdenie, že baktérie Firmicutes majú lepšiu schopnosť fermentovať a metabolizovať sacharidy a lipidy, a tak prispievajú k rozvoju obezity. Baktérie Firmicutes zohrávajú kľúčovú úlohu vo výžive a metabolizme hostiteľa cestou syntézy SCFA. Prostredníctvom svojich metabolických produktov sú nepriamo spojené s inými tkanivami a orgánmi a regulujú hlad a sýtosť. Naproti tomu baktérie Bacteroidetes sú spájané s imunomoduláciou. Ich zložky interagujú s bunkovými receptormi a posilňujú imunitné reakcie prostredníctvom syntézy cytokínov.
Črevná mikroflóra môže tiež vyvolať zápalové reakcie prostredníctvom Toll-like receptorov (TLR), ktoré hrajú zásadnú úlohu v imunite čriev a súvisia s rozvojom a progresiou IBD. IBD predstavuje skupinu črevných porúch charakterizovaných komplexom zápalových reakcií v tenkom a hrubom čreve. Črevná mikroflóra významne prispieva k iniciácii a progresii IBD. Určité druhy črevných baktérií môžu priľnúť k črevnej sliznici a napadnúť slizničné epiteliálne bunky, čo vedie k zápalovej reakcii sprostredkovanej produkciou tumor nekrotizujúceho faktora (TNF), monocytmi a makrofágmi. TNF-α hrá kľúčovú úlohu v rôznych imunomodulačných reakciách a je spojený s IBD prostredníctvom indukcie bunkovej apoptózy a nekroptózy. Inhibícia TNF-α môže zlepšiť zdravie pacientov a viesť k remisii IBD. TLR udržujú črevnú homeostázu, kontrolujú imunitné reakcie a formujú mikrobiotu. Sú exprimované hlavne imunitnými bunkami. Niekoľko TLR je však exprimovaných aj bunkami črevného epitelu a bunkami stromálneho tkaniva gastrointestinálneho traktu (TLR-1-9 sú exprimované v tenkom a hrubom čreve u ľudí a myší). Väčšina aktivátorov TLR sú molekulárne vzory spojené s patogénmi (tj mikrobiálne zlúčeniny nachádzajúce sa hlavne v gramnegatívnych baktériách). V mnohých prípadoch IBD bola pozorovaná zmenená expresia TLR, mutácie TLR a ich inhibícia zohrala priaznivú úlohu pri spomalení progresie IBD. Naopak, niektoré TLR hrajú ochrannú úlohu a môžu zabrániť zápalu v tenkom a hrubom čreve. Napríklad TLR-9 rozpoznáva bakteriálnu CpG DNA a jej aktivácia koreluje s významným zlepšením reparácie črevných rán a črevnej ochrany.
Okrem toho viaceré črevné baktérie priamo alebo nepriamo ovplyvňujú vrodenú a adaptívnu imunitu a tak vyvolávajú alebo zabraňujú IBD. Napríklad makrofágy v čreve snímajú mikrobiálne signály, ktoré ich spúšťajú na produkciu interleukínu (IL)-1β.